P450及nAChRs在褐飞虱对烯啶虫胺抗性分子机制中的作用

The brown planthopper(Nilaparvata lugens(St?l)) is one of the most destructive pests of rice in China and Asia. Nitenpyram is one of the most effective insecticides for control of N. lugens and acts selectively on the insect CNS as agonists of the postsynaptic nAChRs.However, nitenpyram resistance mechanism has not been reported. In this study, the theory and methods of molecular biology and biochemistry will be combined with high-throughput sequencing, the baculovirus expression system, Xenopus oocytes, electrophysiological and RNAi technology. Identification, cloning of nitenpyram resistance associated genes from brown planthopper will be conducted to study the relationship between P450 gene expression level and enzyme activity in nitenpyram resistance, explore the role of nAChRs subunit gene mutation in brown planthopper nitenpyram resistance mechanisms; and develop a molecular and biochemistry methods for early-stage resistance detection. Through these studies, it will reveal the role of P450 and nAChRs resistance molecular mechanism of nitenpyram in brown planthopper, and prolong the application periods of nitenpyram. It provides a theoretical basis for brown planthopper resistance management.

褐飞虱是危害水稻的主要害虫，对中国及亚洲水稻生产构成严重威胁。烯啶虫胺为新烟碱型乙酰胆碱受体激动剂，现已成为防治水稻褐飞虱的主要药剂之一。本项目拟应用分子生物学与生物化学的理论与方法，通过高通量测序、昆虫杆状病毒表达系统、爪蟾卵母细胞、电生理及RNAi等技术，克隆褐飞虱对烯啶虫胺抗性相关基因,包括差异表达基因和突变基因；研究P450基因表达量及酶活与褐飞虱对烯啶虫胺抗性的相关性；探索nAChRs亚基基因突变导致褐飞虱对烯啶虫胺的抗性机制； 研发褐飞虱对烯啶虫胺抗性早期生化与分子检测技术。通过以上研究，揭示P450及nAChRs在褐飞虱对烯啶虫胺抗性分子机制中的作用，阐明褐飞虱对烯啶虫胺的抗性机理。研究结果对深入了解昆虫对新烟碱类杀虫剂抗性的分子机制,延长烯啶虫胺的使用寿命及褐飞虱抗性治理具有重要的理论和现实意义。

烯啶虫胺是目前防治水稻褐飞虱的主要药剂之一，褐飞虱田间种群对其已产生低等至中等水平抗性，但抗性机理未知。本研究通过室内连续42代抗性选育，获得了抗烯啶虫胺褐飞虱高抗品系（RR = 164.2），抗性现实遗传力评估显示褐飞虱对烯啶虫胺存在一定抗性风险（h2=0.12）。抗性遗传方式研究显示褐飞虱对烯啶虫胺抗性为多基因控制的常染色体上不完全显性遗传。交互抗性测定结果表明烯啶虫胺与吡虫啉、噻虫嗪、呋虫胺、氟啶虫胺腈、环氧虫啶、醚菊酯和异丙威之间存在交互抗性，而与毒死蜱、噻嗪酮和三氟苯嘧啶不存在交互抗性。抗性品系的产卵量及总寿命、孵化率、产卵前期、周限增长率（λ）、内禀增长率（r）、净增值率（Ro）和平均世代周期（T）与敏感品系相比表现出显著性差异，抗性适合度为0.55，存在适合度代价。解毒酶活性测定和增效试验结果表明褐飞虱对烯啶虫胺的抗性可能与P450和EST活性上升有关。抗、敏品系高通量测序得到了42个P450基因（其中上调基因20个，下调基因22个）和1个nAChR α6亚基基因差异表达。通过RT-qPCR分析抗性（G42）和敏感品系P450基因表达量，结果表明有12条P450基因（CYP6BD1、CYP6ER1、CYP6AY1、CYP6FL3、CYP418A1、CYP4C76、CYP4FB1、CYP439A1、CYP302A1、CYP304H1、CYP305A15和CYP307B1）的表达量明显上调，其中CYP6ER1在抗性品系中是敏感品系的203.22倍，将CYP6ER1成功干扰后，褐飞虱恢复了对烯啶虫胺的敏感性，表明CYP6ER1上调表达与褐飞虱对烯啶虫胺的抗性密切相关。本研究明确了褐飞虱对烯啶虫胺的抗性遗传方式、交互抗性谱、适合度代价和抗性风险，揭示了P450在褐飞虱对烯啶虫胺抗性分子机制中的作用，阐明了褐飞虱对烯啶虫胺早期抗性的分子机理。研究结果对深入解析褐飞虱对新烟碱类杀虫剂抗性的分子机制，延长烯啶虫胺的使用寿命及制定褐飞虱抗性治理策略具有重要的理论和现实意义。